Файл: Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 63
Скачиваний: 0
в |
продольном |
направлении |
|
|
|
± . 3 0 |
±4,43 мкм; |
||
|
4000/ |
|
||
в |
поперечном |
направлении |
|
|
|
± |
|
hd \ |
мкм. |
|
|
± 3 ,8 9 |
||
|
|
|
2500/ |
|
Точность измерения на вертикальном оптиметре со ставляет ± 1 мкм, точность взвешивания на аналитиче ских весах АДВ-200 — ±0,1 мг. Для сравнения пред положим, что образец за определенный промежуток вре мени износился на 1 мкм, в этом случае вес изношенного
слоя |
равен уК = 0,00612 г |
(у — удельный вес, рав |
ный |
7,8 г/слг3; V — объем |
удаленного слоя, равный |
0,000785 см3). При линейном измерении износа образца на оптиметре ошибка замера составляет 100%, а воз можная наибольшая ошибка взвешивания составит лишь 3,2%. Кроме того, износ при установившемся режиме работы является прямолинейной функцией пути, поэто му, применив весовой метод оценки износа, время испы таний можно значительно сократить, сохранив при этом высокую точность замеров.
Измерение температуры за время испытаний осу ществлялось хромель-копелевой термопарой, спай кото рой зажимался в отверстии контртела, просверленном на расстоянии 0,1 мм от поверхности. Свободные концы термопары были выведены к клеммам универсального по тенциометра постоянного тока типа УПЛ-60-2 класса 0,02; ГОСТ 9245-59. Потенциометр позволял компенса ционным методом измерять с высокой точностью элект родвижущую силу, возникающую в спае '. Испытания проводились при температуре окружающей среды 291— 293 °К.
Перед установкой образца и колодки на машину они промывались в авиационном бензине. Затем в течение получаса просушивались при температуре 323—333 °К и после охлаждения до комнатной температуры взвешива лись по методу Менделеева до трехкратного совпадения показаний оптической шкалы весов. Аналогичным обра-1
1 В качестве нуль-прибора был использован зеркальный гальва нометр тип № 8.
40
зом осуществлялась подготовка образцов при их пере становке, во время которой, кроме взвешивания, замеря лась шероховатость и микротвердость поверхности трения.
Эксперименты в реальных условиях работы проведе ны на деталях зерноуборочных комбайнов СК-4 и на де талях станочного оборудования. Для обработки деталей разного диаметра ППД было сконструировано н изго товлено трехроликовое приспособление с гидравличе ским давлением. Оно позволило обкатывать детали диа метром от 6 до 100 мм, проводить быструю перестановку роликов. Усилие на ролики передавалось от главного гидроцилиидра через рабочие поршни, давление контро лировалось манометром. Диаметр рабочих цилиндров 32 мм, они, как и поршни, имели возможность переме щаться вдоль своей оси в зависимости от диаметра обра батываемой детали. Приспособление крепилось в суп порте токарно-винторезного станка (см. рис. 3).
Глава III
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ОБКАТЫВАНИЯ
НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ
1. Обработка деталей машин наклепом
Надежность п долговечность эксплуатируемых машин определяются главным образом износостойкостью и усталостной прочностью их деталей. Оба эти параметра зависят от физико-механических и физико-химических свойств поверхностного слоя. Необходимость повышения износных п прочностных характеристик поверхност ных слоев вызвала развитие ряда методов их упрочне ния. В первую очередь к ним относятся технологические процессы механической, химико-термической, термомехаиической и термической обработки, а также покрытие поверхностей твердыми сплавами, металлами, полиме рами и т. д. Каждый из этих способов имеет своп поло жительные и отрицательные стороны.
В последнее время па предприятиях страны и за ру бежом находит широкое применение обработка поверх ностен трепня наклепом [9, 63—65, 93, 95, 130. 172]. Метод холодного поверхностного пластического дефор мирования дает возможность получить заданные меха нические свойства и шероховатость поверхности, требуе мые условиями эксплуатации, обрабатывать детали сложной конфигурации, механизировать и автоматизи ровать технологический процесс [71, 72, 94, 122, 169]. В промышленности для создания наклепа в поверхност ных слоях деталей машин применяются обдувка метал лической дробью, обкатывание наружных и раскатыва ние внутренних цилиндрических поверхностей роликами или шариками, выглаживание, обработка поверхности центробежно-ударным инструментом, гидроабразивная обработка и другие способы [120, 128, 170].
Обработка деталей дробью широко применяется на предприятиях автотракторной промышленности.
42
Минский, Московский, Горьковский автомобильные за воды упрочняют обдувкой дробью полуоси, цапфы пово ротных кулаков, рессоры, пружины, шестерни и др. Вол гоградский и Челябинский заводы обрабатывают дробью шестерни бортредукторов, всевозможные пружины и мелкие детали. Обдувка дробью создает в поверхностном слое наклеп на глубину до 10 мм. Она применяется чаще всего для рассредоточения остаточных напряжений, а не для повышения износостойкости, так как не дает достаточно высокого класса чистоты поверхности.
При обработке внутренних цилиндрических поверх ностей применяются роликовые или шариковые раскат ки разных конструкций, которые широко освещены в тех нической литературе [115, 146, 168].
Чеканка осуществляется бойками, наносящими по по верхности многочисленные удары. К сожалению, этот способ упрочнения имеет низкую производительность труда.
Сущность обработки поверхностей при помощи цент робежно-ударного инструмента заключается в нанесении многочисленных ударов по поверхности за счет центро бежной силы [49].
При выборе того или иного способа упрочнения исходят из условий эксплуатации детален или целей, поставленных исследованиями.
Обкатывание роликами и шариками наружных или внутренних поверхностей производится на стандартном оборудовании с помощью приспособлений [100, 156]. Ро ликовые и многороликовые приспособления могут быть механического, пневматического или гидравлического действия.
Упрочненный слой при обкатывании роликом наруж ных поверхностей может достигать нескольких милли метров. Этот способ применяется при обкатывании галтелей, коленчатых валов автотракторных п судовых двигателей, при обработке деталей паровых турбин, прессов, деталей паровозов [97]. При этом достигается высокая степень чистоты и повышение несущей способ ности поверхности. Обкатывание и раскатывание ци линдрических поверхностей нашло широкое применение во всех отраслях отечественного и зарубежного машино строения. Обработке наружных поверхностей тел враще ния посвящен ряд работ Е. Г. Коновалова, И. В. Кудряв
43
цева, Л. Д. Папшева. Исследования И. В. Кудрявцева в большей своей части связаны с повышением усталост ной прочности, несущей способности и долговечности де талей машин, обработанных различными методами по
верхностного |
упрочнения |
[92, 96]. |
В работах |
[13, 99, 100] |
в основном изучаются влия |
ние технологических факторов обкатывания на характер упрочнения поверхностных слоев, приспособления и обо рудование, в работах [3, 6, 27, 30] рассматривается влияние обкатывания па чистоту поверхности и износо стойкость.
А. Г. Косиловой [76] проведены исследования по вы явлению влияния давления ролика, скорости и подачи при обкатывании на чистоту поверхности образцов из сталей марок 55, 65, 1112. Усилие на ролики создавалось от 0,2 до 2,1 кН, скорость — от 0,041 до 0,83 м/с, подача от 0,1 до 0,64 мм/об. Обкатывание производилось с чис лом проходов ролика от двух до восьми, ролик имел ци линдрический поясок, равный 3 мм. Повышение чистоты поверхности отмечено при усилии на ролик от 0,2 до 0,9 кН, дальнейшее повышение усилия не вызывало улуч шения чистоты. Для ролика с цилиндрическим пояском
A. Г. Косилова |
рекомендует применять подачу до 2/3 |
ширины пояска, |
а при радиусном контуре ролика — |
0,1 —0,2 мм/об. |
|
И. В. Кудрявцев [92, 96] отмечает, что при подачах до 0,31 мм/об предел выносливости обкатанных образцов повышается, от 0,31 до 0,63 мм/об падает, а при подаче свыше 0,63 мм/об падение идет очень быстро. Подача оказывает влияние па степень наклепа и шероховатость поверхности. Опыты ЦНИИТМАШ проводились при 5= 0,25 мм/об.
М. А. Елизаветин [50] считает, что обкатывание ро ликом с цилиндрическим пояском нужно проводить при подачах 0,4—0,8 мм/об, но не более половины ширины пояска ролика. В. О. Войшко [31] указывает, что давле ние в зоне контакта должно быть ниже того, при котором
начинается |
процесс |
шелушения |
металла |
(питтинг). |
B. А. Кельдюшев [62] дал математическую зависимость, |
||||
изменения |
твердости |
поверхностного слоя |
от режимов, |
|
обкатывания: |
|
|
|
|
|
|
Рхі'п |
|
(13> |
|
|
Rc = C |
’ |
|
|
|
5>Ѵг |
|
44
где Rc — твердость по Роквеллу; С — постоянная, |
зави |
|
сящая от обкатываемого металла |
(для осевой |
стали |
С = 6 или 7); Р —-усилие на ролик; |
і — число проходов |
|
по слою; S — подача; г — радиус контура ролика; |
х, у, |
z, т — показатель степени (зависит от материала и чис ленного значения своего основания).
Это выражение связывает поверхностную твердость
сдавлением, но не дает характеристики давлению.
В.Н. Калачников [60], используя картину распреде ления напряжений при контактных нагрузках, вывел формулу, по которой определил оптимальное давление ролика при обкатывании:
|
|
(41445) a2slRr |
|
|
|
|
РО П Т |
(R+r)E |
(14) |
где as — предел |
текучести |
обкатываемого материала;. |
||
I — ширина соприкосновения рабочей части ролика; R — |
||||
радиус |
ролика; |
г — радиус обкатываемой детали; |
Е — |
|
модуль |
упругости обкатываемого материала. |
|
Исследователи считают, что при радиусном профиле рабочей части ролика по мере уменьшения радиуса уве личивается при одном и том же давлении глубина на клепа и ухудшается шероховатость поверхности. Диа метр ролика в пределах 50—100 мм мало влияет на ха рактеристики упрочнения [166].
При обкатывании роликом с цилиндрическим пояском: происходит как бы два процесса: заходная часть ролика осуществляет процесс волочения, а цилиндрический уча сток рабочей части — процесс обкатывания. При умень шении подачи процесс приближается к чистому обкаты
ванию, а при увеличении — к |
холодному волочению- |
В последнем случае упрочнение |
поверхностного слоя |
происходит как за счет приложенного к ролику усилия,, так и за счет дополнительной деформации сдвигов.
Ролик с. цилиндрическим пояском обеспечивает луч шую чистоту поверхности. Увеличение ширины цилиндри ческого пояска и радиуса закругления заборной части ро лика улучшает чистоту поверхности и уменьшает харак теристики упрочнения.
На шероховатость поверхности и характеристики упрочнения оказывает влияние, число проходов, которое в свою очередь зависит от приспособления (одно-, двух-,
45
трехроликовое), величины подачи, усилия, размеров и формы роликов. Поэтому в некоторых работах прини мается «приведенное» число проходов:
I |
пі, |
|
(15) |
ы = — |
|
||
s |
|
|
|
где s — подача; I — ширина |
соприкосновения |
рабочей |
|
части ролика; п — количество роликов; |
і — число про |
||
ходов. Число проходов и колеблется от |
10 до |
100. Наи |
|
лучшая чистота достигается при и = 50 |
[76]. Однако иа |
производстве не применяют «приведенное» число прохо дов, а пользуются обычным отсчетом ввиду его просто ты и удобства. Обстоятельные и разносторонние иссле дования Е. Г. Коновалова и его учеников создали пред посылки для разработки теоретических основ упрочне ния широкой номенклатуры деталей поверхностным наклепом [49].
Таким образом, на основании анализа некоторых работ можно заключить, что технологическими факто рами, влияющими на характеристики упрочнения по верхности, ее шероховатость и геометрический микропрофиль, являются усилие обкатки, продольная подача, скорость, число проходов инструмента, его форма и раз меры. Достаточно точного расчета для определения ре жимов обкатывания не существует, они выбираются экспериментально. Большинство работ по данному во просу посвящено в основном изучению влияния техноло гических режимов обкатывания на циклическую проч ность деталей. В них не рассматривается или рассматри вается вскользь влияние характеристик упрочнения, ■остаточных напряжений, шероховатости поверхности иа ее износостойкость при трении скольжения в различных условиях работы деталей.2
2. Наклеп и его природа
Металлы и технические сплавы имеют поликристал лическое строение. Разноориентированные зерна за счет механических и молекулярных сил образуют прочное соединение. Поверхность поликристаллического металла представляет собой скопление связанных переходным слоем кристаллитов и их обломков с различной ориента цией.
4 6